汨罗市桃林寺镇土壤硒元素地球化学特征分析.pdf

2023年6 月第43卷第2 期四川地质学报Vol.43INo.2Jun.,2023汨罗市桃林寺镇土壤硒元素地球化学特征分析卢欣，毛雄，陈彪，汤恒佳，王（中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心，湖南宁乡410 6 0 0）摘要：为查清汨罗市桃林寺镇土壤硒元素地球化学特征，通过采集桃林寺镇土壤样品49 5件，农产品样品87件，土壤垂向剖面样品5个进行研究。结果表明：区内土壤表层硒含量为0.2 10.8 1mg/kg，平均值为0.42 mg/kg，高于全国背景值和洞庭-江汉平原土壤背景值，富硒土壤面积比例达到7 3.2 9%；土地利用方式对土壤硒的富集也产生一定的影响，影响大小表现为：林地 水田 旱地；土壤硒含量与土壤pH呈负相关；4个水田中土壤垂向剖面总体呈现硒元素的表层聚集型，而位于旱地的1个剖面呈现为心土层聚集型。红薯及花生富硒率分别为78.57%和10 0%，同时这两种农产品大多数样品内重金属元素含量均符合国家食品安全标准。这些研究成果可为当地富硒土壤资源开发利用等提供参考。关键词：硒地球化学特征；富集系数；相关性；桃林寺镇中图分类号：P595；S159.2DOI:10.3969/j.issn.1006-0995.2023.02.026硒（Se）作为人类以及动物所必须的微量元素之一，有提高免疫力、防止衰老以及预防癌症等功效（R a y ma n M P,2 0 0 0）。据统计，世界上有7 0%以上的地区缺硒，中国有7 2%的县市不同程度的缺硒，其中1/3为严重缺硒区（侯少范，2 0 0 0）。土壤中生物学驱动的硒挥发速率抵消了东亚季风有关的硒沉降速率，被认为是中国中部表层土壤硒贫化的主要原因（SunGX，M e h a r g A A，Li G，e t a l.2 0 16）。但低硒带的有机质较高、淋滤较强和碳酸盐母质地区也存在富硒土壤（Liu Y,Tian X,Liu R,et al.2021)。人和动植物体内的硒主要来源于土壤，因此土壤中硒的分布、赋存状态以及土壤-农产品系统中硒的迁移转化规律一直是国内外研究的热点。汨罗市1：5万土地质量地球化学调查数据显示，桃林寺镇存在大片富硒土地。本研究以汨罗市桃林寺镇土壤为研究对象，结合区域地质背景资料，探讨论富硒土壤的影响因素，以期能为汨罗市桃林寺镇富硒土壤资源开发利用等提供支持。1研究区概况汨罗位于湖南省东北部，属幕阜山脉与洞庭湖平原的过渡地带，西临洞庭湖。地处东经112511132 7，北纬2 8 2 8 2 9 27之间。地势由东南向西北倾斜。汨罗土壤的成土母质有第四纪松散堆积物、花岗岩母质、板页岩母质及云母片岩母质、红岩母质4种，不同母质形成不同类型的土壤（图1）。土壤类文献标识码：A01.252.5图1研究区成土母质及点位分布图文章编号：10 0 6-0 9 9 5（2 0 2 3）0 2-0 352-0 6桃林镇图例成土母质取样点位第四系红色粘土研究区位置河湖沉积物紫色砂页岩水系Km5N火天乡范家汨罗市收稿日期：2 0 2 2-0 2-2 2资助项目：中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心岳阳项目（项目编号DD20208071）资助作者简介：卢欣（19 9 2 一），男，湖北咸宁人，工程师，研究方向：环境地球化学调查与研究352汨罗市桃林寺镇土壤硒元素地球化学特征分析型有水稻土45.6 0 万亩，红（黄）壤9 4.57 万亩，紫色土11.57 万亩，潮土2.54万亩。土壤分布为南部红（黄）壤水稻土区、中北部红壤水稻土区、汨罗江流域潮土及水稻土区、东北部紫色土、红壤水稻土区。桃林寺镇地处汨罗市江北地区，北与岳阳县黄沙街镇接壤，东与火天乡接壤，西与白塘乡接壤，南与范家园镇接壤，距京珠高速公路、10 7 国道10 km，全镇总面积58 km，辖17 个村和1个居民委员会，户籍人口2 6 9 9 5人。桃林寺镇属于典型丘陵地带，山地资源丰富，共有耕地19 2 7 3亩，水面积47 9 亩。主要盛产水稻、玉米、红薯。2技术与方法2.1样品采集1：5万土地质量地球化学调查土壤样品平均采样密度为9 点/km，土壤样品采用网格加图斑的原则布设，网格数量原则上与采样密度一致。在汨罗市桃林寺镇工作区共计采样49 5件，采样深度为0 2 0 cm，由46 个子样等量混合组成1件样品。采用自然干燥方式干燥样品，将风干样品用木棒压碎，栋去残等杂物，过10 目筛，再充分混匀，以四分法留下土样30 0 g（其余保存于副样品中），装人纸袋中送检待测。垂向剖面主要布设在富硒或重金属污染地段，选择在土壤发生层发育完整或具有区域代表性的地段。采样深度为1.52 m。在每个剖面上布设9 个采样点，上层四个采样点间距为10 cm，下层5个采样点间距为2 0 cm。农作物样品采集调查区广泛播种的水稻、玉米及特色农产品，其他农作物适当采集。按照配对就近的原则采集，即在收获盛期在同一个地点的相邻地块分别采集不同植物，同时采集根系土样品。于农作物收获盛期，在采样点地块情况主要采用对角线法进行多点取样，然后等量混匀组成一个混合样品。每一混合样大型果实由510 个以上的植株组成（即分点样），小型果实由10 2 0 个以上的植株组成。2.2测试方法与评价标准样品分析由湖南省地质测试研究院测试，标准为区域地球化学样品分析方法（D Z/T 0 2 7 9-2 0 16），硒的测定采用氢化物发生-原子荧光光谱法（HG-AFS），电感耦合等离子体光谱法(ICP-OES)测定铁、锰，氧化还原容量法（VOL）测定有机质，离子选择性电极法（ISE）测定pH。检出限均达到或优于规范要求，硒及铁、锰、有机质的报出率为10 0%。根据规范中土壤元素全量分析方法准确度、精密度控制的有关要求，选用12 个国家一级标准物质(GBW07301a、G BW0 7 317、G BW0 7 318、G BW0 7 40 3、G BW0 7 40 4、G BW0 7 40 8、G BW0 7 42 3、G BW0 7 42 4、GBW07425、G BW0 7 42 6、G BW0 7 42 7、G BW0 7 42 9），对每一个标准物质进行12 次平行分析，并分别计算每个标准物质平均值与标准值之间的对数偏差（IgC）和相对标准偏差（RSD），结果均满足规范要求。各元素的准确度、精密度合格率均为10 0%。桃林寺镇土壤评价标准按照土地质量地球化学评价规范（DZT-0295-2016），对硒元素划分为缺乏、边缘、适量、高、过剩（表1）。3分析与结果3.1桃林寺镇土壤硒元素分布特征3.1.1桃林寺镇土壤硒元素含量水平对桃林寺镇土壤硒及铁、锰、有机质、pH5个指标进行分析，统计结果见表2。从表2 可知桃林寺镇49 5个点，pH平均值为5.2，变化范围为3.8 8.5，偏酸性；硒的平均含量为0.42mg/kg，大于天然富硒土地划定与标识（DZ/T0380-2021）中的富硒标准值0.4mg/kg，其变化幅度353表1土壤硒等级划分及图示等级缺乏标准值mg kgl0.125硒颜色 R:G:B边缘0.125 0.175234:241:221214:227:188适量0.17 0.40194:214:155高0.40 3.0122:146:60过剩3.079:98:402023年6 月第43卷第2 期为0.2 1 0.8 1mg/kg，高于全国背景值和洞庭-江汉平原土壤背景值。表2 桃林寺镇土壤硒等指标含量统计表元素算术最大值最小值指标平均值Se0.42OM1.97Fe3.62Mn479.19pH5.2说明：Fe单位为%，OM（有机质）单位为%o，p H 为无量纲，其余单位为mg/kg；全国土壤背景值引自侯青叶、杨忠芳等，中国土壤地球化学参数，2 0 2 0；洞庭-江汉平原土壤值引自曾春芳、骆检兰等，洞庭湖-江汉平原土地质量地球化学评估报告，2 0 0 93.1.2桃林寺镇土壤硒元素地球化学评价根据土地质量地球化学评价规范（D ZT-0 2 9 5-2 0 16），对桃林寺镇土壤硒元素进行地球化学等级评价划分。桃林寺镇内土壤硒含量等级为高（二等，0.43mg/kg），主要分布于旱地、四川地质学报算术全国土壤变异系数标准离差0.810.213.380.236.321.87173047.78.53.8Vol.43No.2Jun.,2023相对全国洞庭-江汉平相对洞庭-江汉背景值富集系数K10.070.1713.476.840.710.20267.690.560.490.09原土壤背景值0.221.911.841.073.051.185520.87一一富集系数K20.321.312.570.773.850.95713.20.676.610.79NS第四纪红色粘土区域，适量（三等，0.17 50.4mg/kg），主要分布于水田、河湖沉积物区域，分别占调查面积的7 3.2 9%和2 6.7 1%，未见硒含量桃林寺镇过剩、较缺乏（四等）、缺乏（五等）土壤硒含量分布（图2）。3.1.3桃林寺镇不同成土母质硒元素含量水平对桃林寺镇不同成土母质硒元素进行分析，统计结果见表3。桃林寺镇成土母质分为第四纪红色粘土、河湖沉积物。从表3可知，在河湖沉积物中，土壤酸性较强，硒的平均含量为0.42 mg/kg，与第四纪红色粘土硒的平均含量相当；河湖沉积物中有机质含量高于第四纪红色粘土中有机质的平均含量。3.1.4桃林寺镇不同土地利用类型硒元素含量水平在控制同一成土母质为第四纪红色粘土的基础上，对桃林寺镇不同土地利用类型硒元素进行分析，统计结果见表4。根据桃林寺镇土地利用类型，将其分为耕地、林地、园地。从表4可知，在硒元素在林地和园地的平均含量相当，高于耕地的平均含量。耕地中的有机质平均含量远大于林地及园地中的平均含量，多余1倍左右，在耕地中pH平均含量较高，林地及园地的酸性较强，这是因为林地中枯枝落叶腐败时生成的腐殖酸导致的。3.1.5桃林寺镇土壤硒元素含量与土壤理化性质关系pH、有机质含量、铁氧化物含量是重要的土壤理化性质指标，可通过特定的方式对表层土壤硒的富集或流失产生重要影响。354口研究区位置Se含量（mg/kg)0.1250.125-0.1750.175-0.4010.40-3.03.0图2 桃林寺镇表层土壤硒元素含量分布图表3汨罗市耕地区不同成土母质硒元素平均含量值表成土母质Se(mg/kg)第四纪红色粘土（36 8）0.42河湖沉积物（12 7）0.41表4汨罗市耕地区不同土地利用类型硒元素平均含量值表土地利用类型Se(mg/kg)耕地(2 59)0.41林地(7 6)0.46园地(2 8)0.440有机质30.83%3.75%37.89%03.24%有机质Fe37.26%03.50%16.61%o4.46%20.28%4.00%1.53KmFeMn(mg/kg)529.28334.05Mn(mg/kg)496.20621.45562.68pH4.975.12pH5.084.674.71汨罗市桃林寺镇土壤硒元素地球化学特征分析（1）土壤pH：土壤pH是土壤酸碱度的反映，它在很大程度上决定了硒存在的化学形态,pH对硒含量的影响主要表现在土壤不同的酸碱性可控制硒与土壤组分的吸附和解吸过程，或者通过影响硒的价态转化来影响其含量，朱建明、梁小兵等研究认为土壤pH对硒酸盐、亚硒酸盐、元素硒及硒化合物等硒的赋存形式有着重要影响（朱建明等，2 0 0 3）。在控制成土母质为第四纪红色粘土的基础上，研究区表层土壤硒与pH呈极显著负相关（p0.01），相关系数为-0.37 5（表5），表明随着土壤酸度的增强，土壤硒含量有增加的趋势，研究区土壤的强酸性环境，有利于土壤硒元素的富集。（2）土壤有机质：有机质是土壤最为重要的组成成分之一，是土壤众多元素重要的载体，对土壤物理以及化学性状都有重要的影响。有机质对硒的影响主要表现为吸附和固定作用。有机质含量越丰富的土壤，对于土壤中硒的吸附能力也就越强，土壤中含硒量也相对越高。在控制成土母质为第四纪红色粘土及土地利用类型为水田的基础上，对土壤硒元素与有机质相关分析表明，土壤硒与土壤有机质呈显著正相关（P0.01），相关性较强，达0.553（表5）。说明研究区的有机质对土壤硒具有吸附和固定作用，这与谢薇的研究结果相一致（谢薇等，2 0 19）。（3）铁氧化物(TFe203):TFe2O对表生环境中硒的存在具有深远的影响，硒与TFe2O3的结合与硒的存在形态密切相关,在某些硒形态划分上，特以铁锰氧化结合态作为一种类型。土壤中 TFe2O3对硒的影响主要表现为吸附固定作用。相关分析表明，研究区土壤硒与TFe2O3呈显著正相关关系(P 早稻 晚稻，见表6。3.4桃林寺镇富硒土地状况依据天然富硒土地划定与标识（DZ/T0380-2021）无公害农产品种植业产地环境条件（NY/T5010-2016）,重金属元素含量符合土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）XGB15618-2018），圈定富硒土地44.8 7 km，占研究区总面积的7 2.9 3%，全部是无公害富硒土地2 9.9 1km或绿色富硒土地14.9 6 km，可为绿色富硒农产品开发提供了信息；根据农作物点位及富硒状况，结合当地红薯之乡的实际情况，初步圈定富硒红薯基地1处，位于五柱村；后备基地2 处（图4），位于赞桥村及三彩村，可为当地富硒红薯场地提供选址信息。4结论（1)汨罗市桃林寺镇工作区内土壤表层硒含量为0.2 1 0.8 1mg/kg平均值为0.42 mg/kg，高于全国背景值和洞庭-江汉平原土壤背景值，富硒土壤面积比例达到7 3.2 9%。（2）桃林寺镇中河湖沉积物中硒的平均含量略高于第四纪红色粘土硒的平均含量；在林地和园地的硒元素平均含量相当，高于耕地的平均含量，表明土地利用方式对土壤硒的富集也产生一定的影响。（3）研究区土壤硒含量与土壤pH呈极显著负相关，表明随着土壤酸度的增强，土壤硒含量有增加的趋势。全量硒与土壤有机质具显著正相关，表明有机质对硒的吸附和固定作用。土壤硒与TFe2O;呈显著正相关关系，表明土壤中铁氧化物对硒具有吸附作用。（4）汨罗市桃林寺镇在水田中土壤垂向剖面总体呈现硒元素表层富集，而位于旱地的垂向剖面呈现356四川地质学报表6农产品安全性及富硒特色分析样品重金属超标安全富硒富硒Se标准值硒富集种类数超标比例(富硒）花生5红薯14一季稻33早稻2晚稻4茶叶2豆角1辣椒3玉米15丝瓜4芝麻4所有农作物重金属元素按照GB2762-2017食品安全国家标准食品中污染物限量、水稻富硒参照GBT22499-2008富硒稻谷、茶叶参照NY-T参考600-2002富硒茶、豆角、辣椒、丝瓜、玉米富硒参照HB001T-2013中标准国富硒食品硒含量分类标准（试行）、花生、红薯富硒参照DBD36/T566-2009江西省富硒食品硒含量分类标准N古塘村青山府桃林园队南林村段中种桃林四五村图4桃林寺镇富硒土地分布图Vol.43No.2Jun.,2023比例(mg/kg)00.00%17.14%13.03%150.00%250.00%00.00%00.00%00.00%320.00%00.00%00.00%东塘村居装十龙桥村系数5100.00%1178.57%22（2 3)66.67%150.00%250.00%00.00%00.00%00.00%5(6)33.33%00.00%0大托色区0.070.30.010.1 0.040.30.040.30.040.30.25-40.01-0.90.010.90.020.280.010.92桃林寺镇五柱村富硒红薯基地桃林寺镇后备富硒红薯基地富销上地关耀04绿色高霸0.4无公寄食销0.4一设富酒其地土地0.430.050.140.110.080.320.010.010.040.010.304km14.9624.32%29.914.61%0.000.00%16.662707%Taolinsi Town,Miluo City汨罗市桃林寺镇土壤硒元素地球化学特征分析为深层富集。（5）汨罗市桃林寺镇红薯及花生富硒率非常高，同时这两种农产品大多数样品内重金属元素含量均符合国家食品安全标准，建议当地富硒土壤资源用于优先红薯及花生农产品；根据富硒土地及农作物富硒状况，初步圈定富硒红薯基地1处及后备基地2 处。参考文献：Rayman M P.2000.The importance of selenium to human healthJJ.The Lancet,356(9225):233-241.杨光圻，王光亚.19 8 2.我国克山病的分布和硒营养状态的关系J.营养学报，4(3):19 1.李家熙，张光弟，葛晓立，等，2 0 0 0.人体硒缺乏与过剩的地球化学环境特征及其预测J北京：地质出版社，2 0 0 0:2 一10.侯少范2 0 0 0.中国低硒带人群硒营养状态的变化趋势与成因分析J.地理研究，19(2):134-140。吴俊.2 0 18.福建省寿宁县富硒土壤地球化学特征J.物探与化探，42（2)：38 6-39 1.杨生吉.2 0 0 8.福建周宁县表层土壤硒含量分布及影响因素J.地学前缘，15（5）：12 6-145.丁晓英，徐春燕，杨军，等.2 0 17.江汉流域经济区土壤硒的分布特征及资源量研究J.湖北农业科学，56(8)：146 8 一147 3.韩笑，周越，吴文良，等.2 0 18.富硒土壤硒含量及其与土壤理化性状的关系：以江西丰城为例J.农业环境科学学报，37(6)：117 7-118 3.林治家，王珍英，胡航，朱泽球，宋江涛，聂海峰.2 0 16.涟源富硒土壤研究与湖南省富硒土壤分布初探J.国土资源导刊，13（4)：50-6 1，黄春雷，宋明义，魏迎春.2 0 13.浙中典型富硒土壤区土壤硒含量的影响因素探讨J.环境科学，34(11)：440 5-4410.谢薇，杨耀栋，侯佳渝，等.2 0 19.天津市蓟州区富硒土壤成因与土壤硒来源研究J.物探与化探，43(6)：137 3-138 1.章海波，骆永明，吴龙华，等，香港土壤研究2 0 0 5.土壤硒的含量、分布及其影响因素J土壤学报，42(3)：40 4-410.王锐，余涛，杨忠芳，等：2 0 18.富硒土壤硒生物有效性及影响因素研究J.长江流域资源与环境，2 7（7)：16 47-16 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was 0.21 0.81 mg/kg,with an average of 0.42mg/kg,which washigher than the national background value and the Dongting-Jianghan Plain soil background value,and theproportion of selenium-enriched soil area reached 73.29%.Land use type also had a certain effect on soilselenium enrichment,and the effect was as follows:forest land paddy field dry land.Soil selenium contentwas negatively correlated with soil pH.The vertical profile of the soil in the four paddy fields showed theaccumulation type of selenium in the surface layer,while the profile in the dry land showed the accumulationtype of selenium in the core layer.The selenium enrichment rates of sweet potato and peanut were 78.57%and100%,respectively.Meanwhile,the content of heavy metal elements in most samples of these two agriculturalproducts met the national food safety standards.These results can provide reference for the exploitation andutilization of local selenium-riched soil resources.Key word:geochemical characteristics of selenium;enriched coefficient;correlation;Taolinsi Town357